一種兩級溶液除溼混合冷熱源利用複合型空調系統的製作方法
2023-12-02 12:42:36 1
本發明涉及一種兩級溶液除溼再生空調系統，屬於製冷空調系統設計與製造技術領域。
背景技術：
在各類建築中，用於滿足室內熱舒適環境的空調系統的能耗約佔到建築總能耗50％左右，空調系統的能耗水平是衡量某建築是否達到節能標準的重要指標。然而當前普遍使用的空調系統由於其自身結構和在空氣處理方式上的缺陷，消耗了大量的電能並造成了較嚴重的環境汙染問題，因而開發節能環保的空調系統顯得越發急迫和具有實際意義。
現有的大多數空調系統在處理夏季空調房間的顯熱與潛熱負荷或新風時，都是採用的溫溼度耦合控制的方法：利用機械制冷機組所輸送到表冷器中的低溫冷凍水對空氣進行冷卻和除溼。對於這種傳統的空氣處理方式，為了同時實現溫、溼度的控制，表冷器中冷源的溫度也必須能夠同時滿足顯熱、潛熱負荷處理的要求。但是滿足顯熱負荷處理要求的冷源溫度要遠遠高於滿足潛熱負荷處理要求的溫度。在一般的空調房間中，顯熱負荷約佔60％～80％，佔總負荷一半以上的顯熱負荷本可以利用高溫冷源進行處理，而在現有空氣處理方式下，卻被迫與潛熱負荷的處理共用低溫冷源，這就造成了能源利用品位上的極大浪費。
因此，尋找既節能又能滿足室內複雜的熱溼比變化，靈活掌控送風溫溼度的空氣調節方式成為相關領域的研究者們關注的重點。其中溫溼度獨立處理空調系統被認為是目前降低建築空調能耗的一個有效方案。在該類系統中，溶液除溼空調技術發揮著重要的作用，並以其在空氣溼負荷處理上的優勢，對可再生能源的可利用性，以及在節能環保上所具有的突出價值，正逐漸得到推廣與應用。而目前大多數在實際工程中得到應用的溶液除溼空調系統均採用的是熱泵驅動的模式，進一步優化熱泵驅動的溶液除溼空調系統的流程和結構對於降低空調系統的能耗意義重大。
技術實現要素：
技術問題：本發明的目的是提供一種新型的兩級溶液除溼混合冷熱源利用複合型空調系統，利用使用不同循環工質的兩級除溼再生循環對新風的熱溼負荷進行處理，使用常規冷、熱源和熱泵系統為除溼再生循環提供冷熱量，以實現空氣處理流程的優化和空調系統能耗的降低。
技術方案：為了達到上述目的，本發明採用以下技術方案予以實現。
一種兩級溶液除溼混合冷熱源利用複合空調系統，其特徵在於：包括溶液除溼再生循環系統、一個熱泵系統、一個溶液冷卻器(3)以及一個溶液加熱器(16)；
所述溶液除溼再生循環系統為兩級，其中第一級溶液除溼再生循環包括第一除溼器(1)、溶液冷卻器(3)、第一溶液泵(4)、第一溶液熱交換器(5)和第一再生器(6)；所述第一除溼器(1)的頂部溶液噴淋入口與所述溶液冷卻器(3)的溶液端出口相連，所述第一除溼器(1)的底部溶液出口連接至所述第一溶液熱交換器(5)的稀溶液進口；所述第一再生器(6)的頂部溶液噴淋進口連接至熱泵系統的溶液冷凝器(8)，所述第一再生器(6)的底部溶液出口連接所述第一溶液熱交換器(5)的濃溶液進口；所述第一溶液熱交換器(5)的稀溶液出口連接到所述溶液冷凝器(8)的溶液進口，所述第一溶液熱交換器(5)的濃溶液出口連接至所述溶液冷卻器(3)的溶液端進口，所述第一溶液熱交換器(5)的濃溶液出口端和所述溶液冷卻器(3)的溶液端進口之間設有第一溶液泵(4)
所述熱泵系統由製冷劑管路順序連接的壓縮機(7)、溶液冷凝器(8)、空氣冷凝器(9)、節流裝置(10)和蒸發器(11)組成；其中，所述溶液冷凝器(8)和所述空氣冷凝器(9)串聯連接，所述空氣冷凝器(9)的空氣進口處還設有第二風機(12)，空氣冷凝器(9)的空氣出口與所述第一再生器(6)的空氣進口相通；
所述溶液除溼再生循環系統中第二級溶液除溼再生循環包括第二除溼器(13)、第二溶液泵(14)、第二溶液熱交換器(15)、溶液加熱器(16)和第二再生器(17)；
其中，所述第二除溼器(13)的頂部溶液噴淋入口與所述蒸發器(11)的溶液端出口相連，所述第二除溼器(13)的底部溶液出口連接至所述第二溶液熱交換器(15)的稀溶液進口；所述第二再生器(17)的頂部溶液噴淋進口連接至所述溶液加熱器(16)的溶液端出口，所述第二再生器(17)的底部溶液出口連接所述第二溶液熱交換器(15)的濃溶液進口；所述第二溶液熱交換器(15)的稀溶液出口連接到所述溶液加熱器(16)的溶液端進口，所述第二溶液熱交換器(15)的濃溶液出口連接至所述蒸發器(11)的溶液端進口，所述第二溶液熱交換器(15)的濃溶液出口端和所述蒸發器(11)的溶液端進口之間設有所述第二溶液泵(14)；所述第二再生器(17)的空氣進口設有第三風機(18)；
新風依次經過第一除溼器(1)和第二除溼器(13)處理，第一除溼器(1)的空氣進口端設有第一風機(2)，而第一除溼器(1)的空氣出口與第二除溼器(13)的空氣進口相通。
進一步的，所述第一級溶液除溼再生循環的溶液冷卻器(3)中冷卻水端使用的是30℃左右的常規冷卻水，所述第一再生器(6)的再生熱源為溶液冷凝器(8)和空氣冷凝器(9)提供的冷凝熱；所述第二級溶液除溼再生循環中，所述第二除溼器(13)除溼溶液進口端的溶液依靠所述蒸發器(11)進行冷卻，所述第二再生器(17)的再生熱源為溶液加熱器(16)的水端所使用的50℃以下的熱水提供。
進一步的，所述第一除溼器(1)和第一再生器(6)所在的第一級溶液除溼再生循環使用氯化鈣溶液作為循環工質；所述第二除溼器(13)和第二再生器(17)所在的第二級溶液除溼再生循環使用氯化鋰或者溴化鋰溶液作為循環工質。
本發明中兩級溶液除溼混合冷熱源利用複合型空調系統主要包括第一級溶液除溼再生循環、第二級溶液除溼再生循環以及一個熱泵循環。其中，第一級除溼器中使用常溫氯化鈣溶液對新風進行預除溼，利用30℃左右的常溫冷卻水對除溼循環溶液進行降溫，該級除溼再生循環的再生熱源採用熱泵提供的冷凝熱，冷凝熱由循環溶液和再生空氣同時帶入第一再生器中；第二級除溼器中使用低溫氯化鋰或溴化鋰溶液對新風進行進一步的除溼降溫，該級溶液循環中溶液的降溫由蒸發器承擔，而溶液再生的熱量由50℃以下的熱水提供。
本發明技術方案中，新風的處理分為高溫高溼和高溫低溼兩個區間，高溫高溼的新風由常溫氯化鈣溶液處理，高溫低溼的新風由低溫氯化鋰溶液或溴化鋰溶液處理。這是因為高溫高溼空氣的水蒸氣分壓力很高，常溫的氯化鈣溶液的水蒸氣分壓力就已經低於高溫高溼空氣的數值，所以沒有必要採用除溼能力更強的低溫溶液，並且氯化鈣溶液的價格遠低於氯化鋰和溴化鋰溶液，所以對高溫高溼空氣的初步除溼採用氯化鈣溶液更經濟合理，而此時使用的是冷卻塔提供的30℃的免費冷卻水，進一步節約了能源；高溫高溼的空氣被初步處理後，含溼量大幅降低，要進一步對空氣進行除溼常溫的氯化鈣溶液已經不能滿足要求，必須使用除溼能力更強的氯化鋰或溴化鋰溶液，而且必須使用低溫溶液來對空氣進行降溫，此時第二級除溼循環的溶液冷卻不能使用常規冷源，而需冷卻溫度更低的蒸發器提供，但是第二除溼循環的除溼量實際上是小於第一級除溼循環的，所以該級溶液的再生熱量需求也較小，因此可以採用50℃以下的建築內餘熱資源即可。
有益效果：
1、本發明的新風溫溼度處理過程採用分溫溼度區的兩級處理模式，不同空氣溫溼度區使用對應參數的不同除溼溶液進行處理，實現了新風處理過程的熱力學優化的同時合理的使用了冷熱源，提升了整個空調系統的經濟性和能效特性。
2、本發明能夠實現熱泵冷凝熱和建築內餘熱資源的有效利用，熱泵冷凝熱由串聯的溶液冷凝器和空氣冷凝器同時處理，冷凝熱的處理效果得到增強的同時冷凝溫度也有所降低，能夠降低熱泵電能消耗；建築內餘熱資源可以供給第二除溼再生循環用於溶液再生，合理利用了空調系統資源。
附圖說明
圖1是本發明的結構示意圖；
圖1中有：第一除溼器1，第一風機2，溶液冷卻器3，第一溶液泵4，第一溶液熱交換器5，第一再生器6，壓縮機7，溶液冷凝器8，空氣冷凝器9，節流裝置10，蒸發器11，第二風機12，第二除溼器13，第二溶液泵14，第二熱交換器15，溶液加熱器16，第二再生器17，第三風機18。
具體實施方式
結合附圖1進一步說明本發明的具體實施方式。
本發明的一種兩級溶液除溼混合冷熱源利用複合空調系統，主要由兩級溶液除溼再生循環系統和一個熱泵系統組成，同時包括提供額外冷熱源的一個溶液冷卻器3和一個溶液加熱器16。
所述系統的新風處理過程採用兩級分溫溼度區的模式。新風依次經過第一除溼器1和第二除溼器13處理，第一除溼器1的空氣進口端設有第一風機2，而第一除溼器1的空氣出口與第二除溼器13的空氣進口相通。
系統中，第一級溶液除溼再生循環包括第一除溼器1、溶液冷卻器3、第一溶液泵4、第一溶液熱交換器5和第一再生器6。具體構建方式為：第一除溼器1的頂部溶液噴淋入口與溶液冷卻器3的溶液端出口相連，第一除溼器1的底部溶液出口連接至第一溶液熱交換器5的稀溶液進口；第一再生器6的頂部溶液噴淋進口連接至熱泵系統的溶液冷凝器8，第一再生器6的底部溶液出口連接第一溶液熱交換器5的濃溶液進口；第一溶液熱交換器5的稀溶液出口連接到溶液冷凝器8的溶液進口，第一溶液熱交換器5的濃溶液出口連接至溶液冷卻器3的溶液端進口，第一溶液熱交換器5的濃溶液出口端和溶液冷卻器3的溶液端進口之間設有第一溶液泵4。溶液冷卻3中使用的冷源是30℃左右的常規冷卻水。第一級溶液除溼再生循環中使用的工質為氯化鈣溶液。
所述的熱泵系統中，製冷劑管路順序連接壓縮機7、溶液冷凝器8、空氣冷凝器9、節流裝置10和蒸發器11。其中，溶液冷凝器8和空氣冷凝器9串聯連接，空氣冷凝器9的空氣進口處設有第二風機12，空氣冷凝器(9)的空氣出口與第一再生器(6)的空氣進口相通。
所述系統中第二級溶液除溼再生循環包括第二除溼器13、第二溶液泵14、第二溶液熱交換器15、溶液加熱器16和第二再生器17。具有的構建方式為：第二除溼器13的頂部溶液噴淋入口與熱泵的蒸發器11的溶液端出口相連，第二除溼器13的底部溶液出口連接至第二溶液熱交換器15的稀溶液進口；第二再生器17的頂部溶液噴淋進口連接至溶液加熱器16的溶液端出口，第二再生器17的底部溶液出口連接第二溶液熱交換器15的濃溶液進口；第二溶液熱交換器15的稀溶液出口連接到溶液加熱器16的溶液端進口，第二溶液熱交換器15的濃溶液出口連接至蒸發器11的溶液端進口，第二溶液熱交換器15的濃溶液出口端和蒸發器11的溶液端進口之間設有第二溶液泵14；第二再生器17的空氣進口設有第三風機18。其中，溶液加熱器(16)中使用的熱源是50℃左右的建築餘熱水，第二除溼再生循環中使用的工質為除溼能力較強的氯化鋰或者溴化鋰溶液。
本發明至少具有如下優點：
1、本發明的新風溫溼度處理過程採用分溫溼度區的兩級處理模式，不同空氣溫溼度區使用對應參數的不同除溼溶液進行處理，實現了新風處理過程的熱力學優化的同時合理的使用了冷熱源，提升了整個空調系統的經濟性和能效特性。
2、本發明能夠實現熱泵冷凝熱和建築內餘熱資源的有效利用，熱泵冷凝熱由串聯的溶液冷凝器和空氣冷凝器同時處理，冷凝熱的處理效果得到增強的同時冷凝溫度也有所降低，能夠降低熱泵電能消耗；建築內餘熱資源可以供給第二除溼再生循環用於溶液再生，合理利用了空調系統資源。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。